Тема 6 ИСПЫТАНИЕ КОЖУХОТРУБНого Теплообменника
Цель работы: I. Определение коэффициента теплопередачи по данным испытаний расчета. 2. Составление теплового баланса теплообменник и определение потери тепла в окружающую среду по результатам испытаний.
I.Теоретическая часть.
На предприятии пищевой промышленности одним из наиболее распространенных является тепловая обработка продуктов. В зависимости от характера и цели технологического процесса тепловая обработка должна обеспечивать: поддержание температуры продукта на определенном уровне, нагревание холодного и охлаждение горячего продукта, замораживание продукта и т.д. Все эти процессы связаны с передачей тепла обрабатываемого продукта или с отводом от него тепла, т.е. с теплообменом. Аппараты, основным назначением которых является теплообмен между вещества, называют теплообменниками. Вещества, участвующие в теплообмене, называются теплоносителями. Теплоноситель, который во время процесса отдает тепло, называется горячим теплоносителем (теплоотдатчиком). Теплоноситель, который получает в аппарате, называется холодным теплоносителем (теплоприемником). Основным признаком классификации теплообменников является способ передачи тепла в аппарате. По этому признаку различают рекуперативные, регенеративные и смесительные теплообменник аппараты. Подавляющее большинство теплообменников, применяемых в пищевой промышленности, являются рекуперативными теплообменниками, в которых оба теплоносителя присутствуют одновременно и тепло передается через стенку, разделяющую их. В зависимости от конфигурации поверхности нагрева реферативные теплообменные аппараты могут быть трубчатыми, пластинчатыми, спиральными и др. Широкое распространение получили трубчатые аппараты, к ним относятся кожухотрубные, змеевиковые, аппараты типа "Труба в трубе" и др. зависимости от назначения аппарата различают: подогреватели, холодильники, испарители, конденсаторы.
Расчетными уравнениями является уравнения теплового баланса и основное уравнение теплопередачи. Уравнение теплового баланса имеет вид:
где:
холодного теплоносителей, Дж/(кг * К);
горячего теплоносителя, °С;
Основное уравнение теплопередачи:
где: Q - количество передаваемой теплоты, Вт; F - поверхность теплообмена, м2;
K - коэффициент теплопередачи. Вт/(м2К);
где
При вынужденном движении теплоносителя коэффициент теплоотдачи определяется из критериального уравнения, имеющего вид: Для расчета выбирают критериальное уравнение в зависимости от режима движения теплоносителя в аппарате. Для теплоносители внутри прямых вертикальных труб при ламинарном режиме (Re < 2300):
При переходном режиме (2300< Re <104)
При турбулентном режиме (Re>104)
В этих формулах:
Pr = Gr = Где ω - скорость движения в аппарате, м/с; dэ - определительный размер аппарата, м; ν - кинематический коэффициент вязкости, м2/с;
a - коэффициент теплопроводности, м/с; β - коэффициент объемного расширения, I/K; Δt - разность температур теплоносителя и поверхности
где теплоносителя, К;
Определяемые из уравнения теплого баланса:
где q - количество передаваемого тепла, Вт/м2 α1,α2 - коэффициенты теплоотдачи от горячего теплоносителя к поверхности нагреве к от поверхности нагрева холодного теплоносителя.
(стенки).
интенсивность теплообмена. где α- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2К) λ-коэффициент теплопроводности теплоносителя, Вт/(м2К) По приведенным формулам /4/, /5/ и /6/ подсчитывают значения критериев, а затем по выбранному в зависимости от режима движения критериального уравнения определяют критерий Нуссельта. По найденному значению критерия Нуссельта рассчитывают коэффициент теплоотдачи: На схеме показаны графики изменения температур теплоносителей
Прямоток Противоток
Большая Δtб и меньшая Δtm температурные разности находим по схеме – при прямотоке:Δtб= При противотоке: Средний температурный напор теплообменников:
При линейном характере изменения температур теплоносителей и при 2. Описание установки и выполнение работы. Теплообменник типа "труба в трубе" состоит из трех последовательно соединенных элементов. Каждый элемент состоит из внутренней трубы (I) диаметром 22х3,5 мм и концентрически расположенной внешней трубы (2) диаметром 42х5 мм. Выполнение работы: I. Опустить концы шлангов выхода горячей и холодной воды в слив. 2. Открыть вентили подачи горячий и холодной воды /6, 7/, 3. По достижению постоянных показаний термометров (процесс установившейся) производится замер расхода теплоносителей. наполняется мерный цилиндр емкостью I литр отдельно для горячей и холодной воды.
4. По окончании замеров закрыть вентили. Холодный и горячий теплоносители движутся вдоль поверхности теплообмена в одном направлении, т.е. прямотоком. Замер температур холодной вода производится термометрами №5 на входе и №9 на выходе, для горячей воды соответственно № 8 на входе и №10 на выходе из аппарата. Данные опыта свести в таблицу.
З. Обработка результатов испытания. I. Средняя температура потоков горячей и холодной воды
2. Из приложения I выписываем значение физических параметров каждого теплоносителя по их средним температурам 3. Объемный расход каждого теплоносителя.
4. Массовый расход каждого теплоносителя G=V·ρ, кг/с. 5. Тепловая нагрузка горячего теплоносителя
6. Тепловая нагрузка холодного теплоносителя
7. Тепловой баланс аппарата
Отсюда потери тепла аппаратом в окружающую среду 8. Определение коэффициента теплопередачи по результатам испытаний из уравнения теплопередачи (2)
где d -расчетный диаметр, м;
dн- наружный диаметр внутренней трубы теплообменника, м; dвн- внутренний диаметр наружной трубы теплообменника, м; l- длина одного элемента теплообменника, м; z- число элементов /z=3/ dH= 20 мм; dвн=28мм. d1= 15 мм.
4. Теоретический расчет коэффициента теплопередачи. I. Определение коэффициента теплоотдачи ( I.I. Скорость движения горячего теплоносителя
I.2. Критерий Рейнольдса:
I.3. По найденному значению критерия Рейнольдса определяем режим движения горячего теплоносителя и выбираем соответствующее расчетное уравнение (4, 5, 6) для вычисления значения критерия Nu
1.4. По найденному значению критерия Рейнольдса определяем коэффициент теплоотдачи:
2. Определяем коэффициент теплоотдачи ( 2.1. Скорость движения холодного теплоносителя: Площадь сечения потока холодного теплоносителя: 2.2. Критерий Рейнольдса для холодного теплоносителя: 2.3. По найденному значению определяем режим движения холодного теплоносителя и выбираем соответствующее расчетное уравнения (4, 5, 6) для вычисления значения критерия Nu. 2.4. По найденному значению критерия Нуссельта для холодного теплоносителя вычисляем 3. Подсчитаем теоретическое значение коэффициента тепло- передачи: Здесь
4. Сравнить расчетные и опытные значения коэффициентов теплопередачи.
5.Контрольные вопросы. 1. В чем состоит цель работы?. 2. Что такое теплоноситель и какие вещества могут быть тепло- носителями? 3. Какие виды теплообмена есть?
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|